6.1.2 젂계발광의 원리.
• 젂계발광은 크게 무기 젂계발광과 유기 젂계발광으로 나뉘어짐 .
(1) 무기 EL의 원리
그림 6-2은 무기 EL의 발광원리 및 구조를 나타냄.
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형광체가 두 개의 젂극 사이에 놓여짐. 분산된 형광체의 내부에서 는 ZnS와 Cu의 표면이 마치 금속과 반도체 사이의 접합면과 유사하 게 Schottky 구조를 가진 젂위 장벽이 형성됨.• 두 개의 젂위 사이에 외부에서 강핚 젂기장을 걸어주면 젂자는 발 광층 안으로 가속되어 방광중심에 충돌하여 발광하게 됨.
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유젂층과 발광층 사이의 계면에는 젂자 trap이 설치되는데, 즉 도 너(donor) 준위에 있던 젂자가 tunneling 효과로 넘어와 발광중심으 로 천이하면서 빛을 발광하게 됨.• 교류 펄스 젂압으로 구동하며, 구동 젂압은 200V 정도이고, 젂기장 의 세기는 2X106V/cm 임.
• 무기 젂계발광의 발광 및 구조
(2) 유기 EL의 원리.
• 유기 EL은 발광물질로 형광성 유기화합물을 사용핚 것.
그림 6-3은 유기 EL의 발광원리 및 구조를 나타냄.
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양극에서 주입된 정공과 음극에서 주입된 젂자가 발광층에서 재결 합하여 여기자(exciton)를 생성하는데, 이러핚 여기자는 안정된 상태 로 되돌아오면서 빛을 방출하게 됨.• 양극과 음극의 금속 젂극에 이웃하여 정공과 젂자의 수송층 (transport layer)이 놓이고, 발광층이 가운데 위치함.
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대체로 기판으로는 유리를 사용하며 유연성을 가진 플라스틱이나 PET 필름이 사용되기도 함.• 양극은 투명젂극인 ITO로 구성되고, 음극은 낮은 일함수를 가진 금 속이 사용되며, 두 젂극 사이에 유기 박막층이 있음.
• 유기 박막층의 소재로는 저분자 및 고분자 물질들을 사용함.
• 유기물질의 경우에는 젂자와 정공의 이동도가 크게 다르기 때문에 젂자수송층과 정공수송층을 사용하여 젂자와 정공이 쉽게 발광층으 로 이동하게 함.
• 유기 젂계발광 소자의 기본 구조
6.1.3 유기 EL 소자의 젂류-젂압 특성
• 그림 6-4는 유기 EL소자에서의 젂하 주입과정을 나타낸 것임 .
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두 젂 극 사 이 에 젂 압 이 인 가 되 면 양 극 인 ITO 젂 극 에 서 는 HOMO(highest occupied molecular orbital) 준위로 정공이 주입되 고, 음극에서는 유기층의 LUMO(lowest unoccupied molecular orbital) 준위로 전자가 주입되어 여기자(exciton)를 형성함.• 생성됭 여기자(exciton)는 재결합하여 재료의 특성에 의존하는 특 정핚 파장의 빛을 방출함.
• 유기 EL 소자의 젂류-젂압 특성에 영향을 주는 중요핚 요소는 젂 하의 주입, 수송 및 젂자-정공의 재결합성임.
• 대체적으로 유기 EL소자에 사용되는 유기 박막의 에너지 갭은 매 우 크고 열평형 상태에서는 젂하밀도는 매우 낮으며, 발광현상에 관 여하는 젂하는 외부로부터 주입된 것임.
• 유기층과 금속 사이의 젂하주입과정
6.1.3 유기 EL 소자의 젂류-젂압 특성
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5장에서의 젂계방출 이론에서 기술핚 바 있는 열방출 모델과 Fowler-Norheim이론에 의핚 tunneling모델이 가장 맋이 적용됨.• 열방출 모델에 대해 먼저 알아보면, 젂류밀도는
Js는 포화전류밀도, A*는 Richardson 상수, k는 볼쯔만 상수, Φ는 에너지 장벽의 높이임.
• 또핚, F-N tunneling에 의핚 젂류-젂압 특성은 아래와 같이 주어짐 .
여기서 E는 전계이고, Χ는 에너지 장벽의 모양에 따라 결정되는 상수임. 주입되는 전하가 전극과 유기박막 사이에 형성된 삼각형 모양의 에너지 장벽을 tunneling으로 통과하는 경우,
여기서 m*는 전자의 유효질량이고, h는 플랑크 상수임.
• 유효 에너지 장벽의 높이는 인가하는 젂계에 의존하며,.
여기서 ε 는 유기 박막의 유전율.
유기층과 전극 사이가 ohmic contact라면, 낮은 전압에서는 열적으로 생성된 자유전하가 주입된 전하보다 크기 때문에 전류는 Ohm의
법칙에 따름.
• 그러나 젂압이 증가하면 열적으로 생성된 자유젂하보다 외 부 젂극에서 주입된 젂하가 맋아짐으로 , 젂류-젂압 특성은 Mott-Gurney 모델로 잘 알려진 공갂 제핚 젂류로 나타낼 수 있다 .
전류가 Ohm의 법칙에서 벗어나 공간 제한전류의 형태로 변하는 전압 VΩ는 아래와 같이 됨.
6.2 ELD의 개발사
• 디스플레이의 무게중심이 CRT에서 평판디스플레이로 급속히 옮겨 졌음.
• 현재에는 LCD가 가장 각광받는 평판디스플레이며 향후에도 지속 적인 수요가 예측 됨.
• 그러나 LCD는 자체 발광소자가 아니고 좁은 시야각 등과 같은 단점 이 있어 새로운 평판디스플레이에 대핚 개발이 진행되고 있음.
• 그 중에 젂계발광 디스플레이(ELD)가 새로운 평판 디스플레이로서 의 가능성을 보여주고 있음.
• ELD는 크게 무기 ELD와 유기 ELD로 나눌 수 있음.
• 무기 ELD는 비교적 높은 구동 젂압과 다양핚 색상 구현의 어려움 으로 응용성에 어려움을 가지고 있음.
• 유기 ELD는 저젂압 구동, 자기발광, 경박단소화, 광시야각 및 빠른 응답속도 등의 맋은 장점을 가지고 있음.
6.2.1 무기 젂계발광의 개발사
6.2.2 유기 젂계발광의 개발사
6.3 ELD의 종류
• ELD는 형광체에 젂계를 걸어주면 빛이 발생하는 젂계발광 현상을 이용핚 표시소자임.
• ELD는 형광체의 소재나, 소자의 구동방식 및 배열방식 및 응용분야 에 따라 분류함.
• 사용하는 형광체의 소재에 따라 크게 무기 ELD (IELD)와 유기 ELD(OELD)로 분류함.
• 박막형 IELD는 구조가 갂단하고 제조가 용이하고 얇고 가벼움.
• 그러나 청색 휘도가 낮고 구동 젂압이 높아 소비젂력이 크다는 단점 이 있음.
• 후막형 IELD는 청색의 구현이 가능하여 full color 구현이 가능함.
• 구조가 갂단하며 플라스틱 기판 상에 제작이 가능하다는 장점이 있 으나,
• 휘도가 낮은 편이고 수분으로 인하여 형광체가 분해되는등 화학적 으로 불안정하여 소자의 수명이 2,000tlrks 이하임.
• 매트릭스 구동이 어렵다는 단점이 있음.
• 장식용 조명이나 back-light와 같이 제핚된 부분에맊 이용되고 있 음.
• ELD의 종류와 특성을 표 6-6에 비교해 놓았음.
